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行业领域

高端装备制造产业

需求背景

传统的故障诊断方法是一种事后诊断方法，这种诊断方法是在事故发生后由工作人员先停止设备的运行，然后使用一些数据采集设备采集现场的故障信息，再依靠经验判断故障的可能发生原因及故障位置。如果在停机状态下无法确定故障的原因，还会让设备在故障的状态下试运行一段时间，在这段时间内采集状态信息以作进一步的判定。如果在带故障运行状态下仍然不能确定故障原因，就只能更换发生故障的设备甚至整个系统。这种检修方法不仅效率较低而且容易对设备造成进一步的损害，是一种不得已而采用的故障分析方法。更好的方法是对设备进行定期检查，通过定期检查可以在故障发生的早期发现问题，提前做好检修与维护工作。但是这种方式需要耗费大量的人力、物力和财力，而且由于是定期维护，对于那些持续时间较短的故障将无法察觉；此外，检测结果的可靠性还会受到技术人员技术能力水平高低的影响，主观性较大。为了保障设备的高效运行，进一步降低监测成本，必须对现有的监测方法进行改进，对机械设备的运行状态进行实时的在线监测可以有效地保障设备的稳定运行。

需解决的主要技术难题

（1）振动模拟平台的研制。该振动台由音圈电机驱动，音圈电机的驱动信号

由函数发生器提供，可以方便地实现振动台振动频率与幅值的调节。

（2）压电振动传感单元的研制。使用压电陶瓷PZT（蜂鸣片）作为压电转换

元件，通过对蜂鸣片建模与仿真分析，确定了传感器的固定安装方式；结合传感

器壳体的仿真分析，得到具有较高固有频率的传感器设计方案。

（3）无线数据传输模块的设计与实现。使用低功耗的MSP430FR5969单片机

作为信息处理CPU，通过CC110L 射频模块实现智能螺钉与中心机之间的无线数

据传输。

（4）振动监测算法的设计与实现。在智能螺钉端实现了以FFT为基础，频谱比对算法为核心的状态监测算法，使用该算法可以实现设备的状态监测功能。在上位机端以MATLAB 为平台对振动信号进行了时频分析，进而判定设备的工作状态是否稳定。

（5）实现智能螺钉的组网运行。使用自定义的数据帧格式对智能螺钉进行组网，由中心机对各个螺钉进行协调，进而可以获取机械设备多测点的振动数据与

状态监测信息。

（6）在实际工况下对振动监测系统进行测试。测试结果表明，智能螺钉可以正确地将砂轮机的不同工作状态区分开，具备良好的状态监测能力。

期望实现的主要技术目标

1、实现了30Hz ~ 1000Hz 频段范围内较为平坦的频率响应；

2、智能螺钉集成了轻量化的振动监测算法，可以实现设备振动的在线监测功能；

3、通过中心机将多个智能螺钉组网后可以形成一个振动监测网络，从而实现机械设备的多测点实时监测功能；

4、上位机与中心机之间使用RS-485 串口通信，通过循环冗余校验（CRC）保证了数据的可靠传输。

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-12-02

夏文汇

重庆西南大学

教授

综合评价

该需求目标清晰，相关工艺设备技术指标欠清晰，研发有一定难度，建议委托经验丰富的机械设计专家、仿真分析专家、自动化控制专家、软件工程师等组成联合攻关团队，联合企业开展机械振动压电监测系统研发，搭建振动模拟平台，优化检测设备硬件设计，高度继承控制系统及相关元件或传感器，实现企业所需设备指标。该技术需求的实现有助于提高我国在机械振动压电监测领域的研发水平，积累相关经验。

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处理进度